水素吸蔵合金電極/プロトン伝導性固体電解質界面の反応とその全固体素子への応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11229205
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 岩倉 千秋 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (00029183)
• 研究分担者: 坂口 裕樹 鳥取大学, 工学部, 助教授 (00202086) ; 古川 直治 大阪府立大学, 工学研究科, 講師 (70081338) ; 井上 博史 大阪府立大学, 工学研究科, 助教授 (00213174) ; 野原 愼士 大阪府立大学, 工学研究科, 助手 (40326278) ; 森田 昌行 山口大学, 工学部, 教授 (70136167)
• キーワード: ニッケル-水素電池 / 全固体電池 / エネルギー変換素子 / 高分子ヒドロゲル電解質 / 固体無機ゲル電解質 / ヘテロポリ酸水和物 / ポリマーゲル電解質 / 電気化学キャパシタ

研究概要

本年度得られた知見を総括すると次の通りである。
1)高分子ヒドロゲル電解質を用いた薄型Ni/MH電池が、充放電サイクル特性、高率充電および高率放電特性などにおいて正極規制下でKOH水溶液を用いた電池と同等の作動特性を有することを確認した。また、その保存特性が、高温になるほどKOH水溶液電解質を用いた電池より優れていることを見い出し、その理由を明らかにした。
2)種々の濃度のリン酸をドープしたメソポーラスシリカゲル電解質を作製し、全固体Ni/MH電池に用いて充放電特性を調べたところ、10Mリン酸をドープした場合に最も優れていることが明らかになった。
3)Ni/MH電池用高分子ヒドロゲル電解質の特性向上を目指して研究し、従来のHittorf法ではイオン輸率の測定が不可能であった弾性電解質膜に対し、濃淡電池の起電力測定によるイオン輸率の測定法を確立するとともに、ヒドロゲル電解質中にナノ〜サブミクロン微粒子を分散させることにより酸素透過速度が向上することを見出した。
4)ジルコニウム系合金水素化物/ヘテロポリ酸水和物/二酸化マンガンの構成の全固体二次電池において、セル作製法の改良、高活性正極材料の使用および電極合材比率の最適化によりクーロン効率とサイクル寿命を大きく向上させることに成功した。
5)非水状態でプロトン伝導性を発現するポリマーゲル電解質膜を調製し,電気化学キャパシタへ適用したところ,常温より高い領域で液体電解質と同等のデバイス性能を得た。
6)高分子ヒドロゲル電解質を用いた電気二重層キャパシタは、種々の電流密度や広い温度範囲においてKOH水溶液を用いたものに比べて高い放電容量を有し、これは主として正極において発現する擬似容量に帰属できることがわかった。また、用いる高分子の含有量や種類によって自己放電が大きく抑制されることも明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Chiaki Iwakura: "New Electric Double Layer Capacitor with Polymer Hydrogel Electrolyte"Electrochemical and Solid-State Letters. 6・2. A37-A39 (2003)
• [文献書誌] Shinji Nohara: "Electrochemical Characterization of New Electric Double Layer Capacitor with Polymer Hydrogel Electrolyte"Electrochim.Acta. 48・6. 749-753 (2003)
• [文献書誌] Chiaki Iwakura: "All Solid State Nickel/Metal Hydride Battery with a Proton-Conductive Phosphoric Acid-Doped Silica Gel Electrolyte"Electrochim.Acta. 48・11. 1499-1503 (2003)
• [文献書誌] P.H.L.Notten: "Hydride-Forming Electrode Materials Seen from a Kinetic Perspective"Journal of Alloys and Compounds. 356-357. 759-763 (2003)
• [文献書誌] Chiaki Iwakura: "Research and Development of Mg-Based Hydrogen Storage Alloys for Intended Use in Nickel-Metal Hydride Batteries"Electrochemistry. 71・9. 776-782 (2003)
• [文献書誌] Chiaki Iwakura: "Charge-Discharge and Capacity Retention Characteristics of New Type Ni/MH Batteries Using Polymer Hydrogel Electrolyte"Journal of The Electrochemical Society. 150・12. A1623-A1627 (2003)
• [文献書誌] Hiroki Sakaguchi: "Analysis of Hydrogen Distribution in Hydrogen Storage Alloy Using Neutron Radiography"Journal of Alloys and Compounds. 354. 208-215 (2003)
• [文献書誌] 坂口 裕樹: "マグネシウムと14族元素からなる合金の水素吸蔵-放出特性"水素エネルギーシステム(水素エネルギー協会(HESS)会誌). 28・1. 54-60 (2003)
• [文献書誌] Keisuke Hatakeyama: "Solid-State Metal-Hydride Batteries Using Heteropolyacid Hydrate as An Electrolyte"Journal of Power Sources. 124. 559-563 (2003)
• [文献書誌] Hitohiko Honda: "Anode Behaviors of Aluminum Antimony Synthesized by Mechanical Alloying for Lithium Secondary Battery"Materials Research Bulletin. 38. 647-656 (2003)
• [文献書誌] Hiroki Sakaguchi: "Ce-Sn Intermetallic Compounds as New Anode Materials for Rechargeable Lithium Batteries"Journal of Power Sources. 119-121. 50-55 (2003)
• [文献書誌] Hitohiko Honda: "Anode Behaviors of Magnesium-Antimony Intermetallic Compound for Lithium Secondary Battery"Journal of Power Sources. 123. 216-222 (2003)
• [文献書誌] J.L.Qiao: "Proton Conductance and Spectroscopic Characteristics of Acid-doped Polymer Gels Based on Poly(ethylene oxide)-modified Polymethacrylate"Solid State Inoics. 156. 415-424 (2003)
• [文献書誌] Nobuko Yoshimoto: "Rechargeable Magnesium Batteries with Polymeric Gel Electrolytes Containing Magnesium Salts"Electrochimica Acta. 48・14-16. 2317-2322 (2003)
• [文献書誌] Masayuki Morita: "Polymeric Gel Electrolytes for Electric Double Layer Capacitors"Journal of Korean Electrochemical Society. 6・2. 141-144 (2003)
• [文献書誌] J.L.Qiao: "A Proton Conductor Based on a Polymeric Complex of Poly(ethylene oxide)-Modified Poly(methacrylate) with Anhydrous H_3PO_4"Chemistry of Materials. 15・10. 2005-2010 (2003)
• [文献書誌] Nobuko Yoshimoto: "Polymeric Gel Electrolyte Based on P(VdF-HFP) for Polyacene Anode"Electrochemistry. 71・12. 1049-1051 (2003)
• [文献書誌] Ryuji Shin-ya: "Chemical and Electrochemical Dehydriding Characteristics of TiV_<2.1>Ni_<0.3> Raney Ni Composite Prepared by Ball-Milling in the Presence of a Reducing Agent"Journal of Alloys and Compounds. 365. 303-307 (2003)
• [文献書誌] Hiroshi Inoue: "Effect of Ni Content on Rate Capability of Mg_<0.9>Ti_<0.06>V_<0.04>Ni_x(x=1.0-1.3) Negative Electrodes for Nickel/Metal Hydride Batteries"Journal of The Electrochemical Society. 151(in press). (2004)